bab ii landasan teori 2.1 konsep umum generator linierrepositori.unsil.ac.id/989/6/bab 2.pdfii-1 bab...

II-1

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Konsep Umum Generator Linier

Generator linier magnet permanen atau generator gerakan linier adalah

sebuah mesin listrik yang dapat menghasilkan energi listrik dengan cara

mengkonversinya dari gerakan linier. Generator linier ini merupakan mesin

aletrnatif yang memiliki bentuk horizontal yang terdiri dari translator dan stator,

kebanyakan dari generator linier menggunakan magnet permanen atau magnet

neodymium yang dierekatkan menggunakan resin ataupun hanya berdempetan

dengan magnet yang lainnya tergantung konfigurasi magnet yang digunakan.

Dimana magnet ini digunakan untuk menghasilkan fluks magnetik yang nantinya

akan memotong kumparan pada stator untuk menghasilkan ggl induksi sesuai

dengan hukum Faraday (Nugroho et al., 2014).

Generator linier memiliki berbagai macam tipe dan bentuk baik dari

translator, stator dan airgap, pada dasarnya generator linier ini hampir sama

dengan generator aksial hanya yang membedakan pada bentuk konstruksi dan

gerakan translatornya saja. Konstruksi stator dan translator ditentukan dengan

hasil pemodelan yang telah direncanakan terlebih dulu agar pada saat pembuatan

generator sesuai dengan bentuk yang diharapkan, generator linier juga sama

dengan generator pada umumnya yang memiliki airgap, yaitu jarak antara magnet

permanen dengan kumparan untuk bisa mengatur kerapatan distribusi fluks

magnet permanen dalam pemotongan pada kumparan stator secara maksimal

(Nugroho et al., 2014)

II-2

Jurusan Teknik Elektro Universitas Siliwangi

Pada dasarnya cara dan prinsip kerja dari generator linier sama dengan

generator pada umumnya, hanya berbeda pada gerakan yang menggerakan

translatornya. Dimana pada generator konvensional menggunakan gerakan rotasi

sedangkan pada generator linier menggunkan gerakan linier. Pada konstruksi

konvensional, sebuah generator linier hampir sama dengan sebuah motor listrik

yang menghasilkan gerakan translasi. Tetapi pada generator operasionalnya

dibalik dari konversi gerak menjadi listrik (Nugroho et al., 2014).

2.2 Prinsip Kerja Generator Linier

Prinsip kerja generator linier sama dengan generator pada umumnya dengan

menggunakan prinsip induksi elektromagnetik yang mengacu pada hukum

Faraday dan hukum Lenz.

2.2.1 Hukum Faraday

Menurut percobaan yang dilakukan oleh Faraday, GGL induksi yang timbul

antara ujung-ujung suatu kumparan berbanding lurus dengan laju perubahan fluks

magnetik yang dilingkupi oleh kumparan tersebut. Hukum Faraday menyatakan

bahwa tegangan elektrik imbas didalam sebuah rangkaian adalah sama (kecuali

tanda negatifnya) dengan kecepatan fluks yang melalui rangkaian tersebut. Jika

kecepatan fluks dinyatakan didalam weber/detik, maka tegangan gerak elektrik

akan dinyatakan dalam volt. Besarnya ggl induksi merupakan perubahan fluks

magnet ( dalam selang waktu ( t ) sehingga dapat dinyatakan sebagai berikut

(Prasetijo et al., 2012):

(2.1)

Dimana:

Fluks Magnetik (Weber)

II-3


Tanda negatif pada persamaan (2.1) merupakan pernyataan dari Hukum

Lenz yang menjelaskan bahwa tegangan gerak elektrik akan selalu berlawanan

terhadap perubahan medan magnet yang diterima kumparan atau selenoida. Jika

persamaan (2.1) diberlakukan pada sebuah selenoida yang terdiri dari N lilitan,

maka sebuah tegangan gerak elektrik totalnya merupakan penjumlahan dari setiap

lilitan, sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut (Prasetijo et al., 2012):

(2.2)

Dimana:

Jumlah lilitan

Fluks Magnetik (Weber)

Dengan N menyatakan nilai tautan fluks (fluks linkages) di dalam

selenoida, N menyatakan jumlah lilitan dan menyatakan fluks magnetik.

Medan magnet induktif akan selalu melawan arah gerak magnet. Ketika magnet

digerakkan menjauhi kumparan, maka arus akan berubah arah dan dengan

demikian pula arah medan magnet juga berubah. Hal ini mengakibatkan adanya

gaya yang berupaya untuk mencegah magnet bergerak menjauhi kumparan. Kea

rah manapun magnet digerakkan, maka akan selalu terdapat gaya yang melawan

pergerakan tersebut yang dibentuk dari medan magnet kumparan. Hasil dari gaya

tersebut dikonversikan menjadi beda potensial yang dapat diukur dari ujung-ujung

kumparan (Prasetijo et al., 2012).

Faktor- Faktor yang Menentukan Besarnya GGL (Nugroho et al., 2014).

Besarnya ggl induksi tergantung pada tiga faktor, yaitu:

Banyaknya jumlah lilitan pada kumparan.

Kecepatan keluar masuk magnet kedalam dan keluar kumparan.

II-4


Kuat magnet yang digunakan.

2.2.2 Hukum Lenz

Hukum Lenz ditemukan oleh ilmuan fisika bernama Friederich Lenz pada

tahun 1834. Hukum Lenz merupakan hukum fisika yang memberikan pernyataan

tentang GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi. Hukum ini menjelaskan arah arus

induksi akibat adanya GGL induksi tersebut (Hukum Lenz, 2014).

Berdasarkan hukum Faraday, perubahan fluks magnetik akan menyebabkan

timbulnya beda potensial antara ujung kumparan. Apabila kedua ujung kumparan

itu dihubungkan dengan suatu penghantar yang memiliki hambatan tertentu, maka

akan mengalir arus yang disebut arus induksi dan beda potensial yang terjadi

disebut ggl induksi. Faraday pada saat itu baru dapat menghitung besarnya ggl

induksi yang terjadi, tetapi belum menentukan kemana arah arus induksi yang

timbul pada kumparan. Lenz menyatakan bahwa (Hukum Lenz, 2014).

“Jika ggl induksi timbul pada suatu rangkaian, maka arah arus induksi yang

dihasilkan sedemikian rupa sehinngga menimbulkan medan magnet induksi yang

menentang perubahan medan magnetik (arus induksi berusaha mempertahankan

fluks magnetik totalnya)”

Gambar 2.1 Arah Arus Induksi Berdasarkan Hukum Lenz

(a) Magnet mendekati kumparan (b) Magnet menjauhi kumparan.

(Sumber: Hukum Lenz, 2014)

Ketika kedudukan magnet dan kumparan diam, tidak ada perubahan fluks

magnet dalam kumparan. Tetapi ketika kutub utara magnet digerakkan mendekati

II-5


kumparan, maka timbul perubahan fluks magnetik yang semakin membesar

akibatnya timbul fluks magnetik yang menentang pertambahan fluks magnetik

awal. Oleh sebab itu, arah fluks induksi harus berlawanan dengan fluks magnetik,

sehingga fluks total yang dilingkupi kumparan selalu konstan.

Begitu juga saat magnet digerakkan menjauhi kumparan, maka akan terjadi

pengurangan fluks magnetik dalam kumparan, akibatnya pada kumparan timbul

fluks induksi yang menentang pengurangan fluks magnet, sehingga fluks totalnya

selalu konstan (Hukum Lenz, 2014).

Arah simpangan galvanometer sesuai dengan arah arus yang masuk

galvanometer.

Gambar 2.2 Arah Arus Induksi dan Pergerakan Jarum Galvanometer

(Sumber: Hukum Lenz, 2014)

(a) Karena ujung kumparan A didekati kutub magnet utara (U), maka ujung

kumparan A menjadi kutub utara (U) dan B menjadi kutub selatan (S).

Dengan aturan tangan kanan diperoleh arah arus listrik keluar dari ujung

kumparan A. Sehingga jarum galavanometer menyimpang kearah kanan.

(b) Karena ujung kumparan A dijauhi kutub magnet utara (U), maka ujung

kumparan A menjadi kutub selatan (S) dan B menjadi kutub selatan (U).

Dengan aturan tangan kanan diperoleh arah arus listrik keluar dari ujung

kumparan B. Sehingga jarum galavanometer menyimpang kearah kiri.

II-6


2.3 Tipe Generator Linier

Pada dasaranya generator linier ini ada 3 tipe (Parthasarathy, 2012), yaitu:

Permanen Magnet Linier Generator Tipe Tabung (Tubular)

Permanen Magnet Linier Generator Tipe Datar (Flat)

Permanen Magnet Linier Generator Tipe Datar Semi Tabung

(Quasi Flat Tubular)

2.3.1 Permanen Magnet Linier Generator Tipe Tabung (Tubular)

Gambar 2.3 PMLG Tipe Tabung

(Sumber: Pharthasarathy, 2012)

Generator linier yang ditunjukkan oleh gambar 2.3 adalah salah satu jenis

tipe generator linier tabung/tubular. Penamaan generator ini disarankan karena

dilihat dari bentuknya yaitu tabung/silinder, prinsip kerja dari generator ini yaitu

translator (slider) bertindak sebagai rotor yang bergerak secara linier sedangkan

statornya tetap/diam, magnet permanen melekat di translator/slider dan belitan

kawat tembaga ada di stator (Parthasarathy, 2012).

II-7


2.3.2 Permanen Magnet Linier Generator Tipe Flat / Datar

Gambar 2.4 PMLG Tipe Datar


Generator linier permanen magnet tipe datar ini adalah sebuah generator

linier tipe single slided permanen magnet, prinsip kerjanya sama seperti generator

linier tipe tabung. Penamaan generator ini dilihat dari bentuknya yaitu persegi

panjang dan datar pada stator dan translatornya, sehingga dapat dikatakan

generator linier tipe flat/datar. Penggunaan magnet permanen pada translator pun

menggunakan magnet berbentuk persegi panjang dan statornya bisa diletakkan

disisi luar magnet ataupun diapit oleh dua sisi magnet, konsep generator linier tipe

flat/datar ini sama seperti generator axial yang membedakan adalah pada bentuk

dan gerakan translatornya (Parthasarathy, 2012).

2.3.3 Permanen Magnet Linier Generator Tipe Datar Semi Tabung

Gambar 2.5 Konstruksi PMLG Tipe Datar Semi Tabung


II-8


Generator tipe ini adalah gabungan bentuk antara tipe datar (flat) dengan

tipe tabung (tubular), prinsip kerjanya sama saja seperti 2 tipe diatas, namun

magnet permanen pada translator tipe ini mempunyai 4 sisi penempatan magnet

dan relatif lebih mahal karena penggunaan magnet permanen yang cukup banyak

(Parthasarathy, 2012).

2.4 Konstruksi Generator Linier

Konstruksi generator linier hampir sama dengan generator konvensional dan

dibedakan dari cara bergeraknya translator, pada generator konvensional biasanya

menggunakan gerakan putaran namun translator generator linier bergerak bolak–

balik secara tegak lurus baik vertikal maupun horizontal. Stator pada generator

linier juga terdiri dari beberapa kumparan yang dirangkai sedemikian rupa

sehingga keluarannya menjadi 1 fasa ataupun 3 fasa (Nugroho et al., 2014).

2.4.1 Translator

Translator merupakan bagian dari generator linier yang bergerak. Translator

pada generator linier ini tersusun dari sejumlah magnet permanen konfigurasi

halbach array linier, tujuannya untuk meningkatkan medan magnet pada satu sisi

sehingga posisi medan magnet terkuat menghadap ke permukaan stator.

Pemilihan konfigurasi halbach array pada bagian translator agar dapat dihasilkan

medan magnet serta arah vektor kerapatan fluks yang memusat pada bagian dalam

stator dan translator. Dengan menyusun halbach array linier pada bagian

translator maka prinsip kerja dari susunan magnet tersebut akan menghasilkan

peningkatan kerapatan fluks magnet pada celah udara komponen linier

(Ekosaputro et al., 2016).

II-9


2.4.2 Stator

Pada dasarnya stator merupakan tempat penginduksian medan magnet

terjadi. Rancangan stator tanpa inti besi biasanya digunakan pada generator

putaran/linier dan torsi beban yang rendah. Hal ini disebabkan tidak adanya inti

besi pada kumparan. Keunggulan yang diperoleh yakni dapat meminimalisir rugi-

rugi fluks magnet yang terjadi karena efek tarik-menarik antara inti besi dengan

magnet permanen yang disebut dengan efek coging torque (Sofian, 2011).

Pada stator tanpa inti besi susunan kumparannya terbagi menjadi 2 macam,

ada yang tersusun secara overalapping dan non-overlapping. Pada stator yang

susunan kumparannya secara overlapping susunan kumparannya berada tumpang

tindih dengan kumparan yang lainnya. Tentunya dengan susunan fasa yang

berbeda pada tiap kumparannya (Sofian, 2011).

Gambar 2.6 Konstruksi Stator Overlapping (Sofian, 2011).

(Sumber: Sofian, 2011)

Pada stator yang susunan kumparannya secara non-overlapping, suatu

kumparan akan tepat berada disamping dan berimpit dengan kumparan yang

lainnya. Dengan susunan fasanya saling berurutan sesuai dengan jumlah

kumparan pada stator (Sofian, 2011).

II-10


Gambar 2.7 Konstruksi Stator non-Overlapping (Sofian, 2011).


Untuk menentukan jumlah lilitan per fasa, kerapatan arus pada kawat

tembaga dan diameter kawat yang akan digunakan, maka dapat dicari dengan

menentukkan terlebih dulu daya semu, dengan tegangan dan arus yang diinginkan,

dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Parthasarathy, 2012):

Daya Semu

(2.3)

Dimana :

Tegangan Induksi

Arus Induksi Fasa

Tegangan Induksi

(2.4)

Dimana :

Lebar stator

Jumlah Lilitan per fasa

Kerapatan fluks magnet halbach array pada celah udara

Kecepatan

Jumlah lilitan per fasa

(2.5)

II-11


Dimana :

Jumlah lilitan per fasa

Tegangan induksi

Nilai puncak kerapatan fluks magnetik pada permukaan aktif

Lebar stator

Kecepatan translator

Kerapatan arus pada kawat tembaga

(2.6)

Dimana :

Arus

Luas permukaan kawat (mm2)

Diameter Kawat

√

(2.7)

Dimana :

Arus

Kerapatan arus pada kawat tembaga

2.4.3 Magnet Permanen

Magnet permanen merupakan komponen utama untuk menghasilkan medan

magnet pada celah udara. Medan magnet inilah yang kemudian akan diinduksikan

pada kumparan stator untuk menjadi tegangan listrik. Sebagai penghasil medan

magnet utama, medan magnet pada translator merupakan medan magnet

permanen yang kuat. Permanen magnet tidak memiliki kumparan penguat dan

tidak menghasilkan disipasi daya elektrik. Seperti bahan ferromagnetik yang lain,

permanen magnet dapat digambarkan oleh B-H hysterisis loop. Permanen magnet

II-12


juga disebut hard magnetic material, yang artinya material ferromagnetik yang

memiliki histerisis loop yang lebar. Histerisis loop yang lebar menunjukan

sedikitnya pengaruh induksi dari luar terhadap magnet tersebut (flux residu besar)

(Sofian, 2011).

Ada 3 jenis pembagian material magnet permanen yang biasa digunakan

pada mesin elektrik (Sofian, 2011), yaitu:

Alnicos (Al, Ni, co, Fe)

Ceramics (ferrites), seperti barium ferrite BaO x 6Fe2O3 dan strontium

ferrite SrO x 6Fe2O3

Rare-earth material, seperti samarium-cobalt (SmCo) dan neodymium iron-

boron (NdFeB).

Kurva demagnetisasi dari ketiga bahan ferromagnetik tersebut dapat dilihat

pada gambar berikut.

Gambar 2.8 Kurva Karaketeristik Material Magnet Permanen


Dari kurva tersebut dapat terlihat bahwa Neodymium-iron-boron (NdFeB)

merupakan bahan yang paling baik. NdFeB mempunyai densitas fluks yang lebih

besar bila dibandingkan dengan bahan ferromagnetik lainnya. Selain itu,

II-13


Neodymium (Nd) merupakan unsur rare-earth yang sangat melimpah

dibandingkan Sm sehingga harga NdFeB saat ini menjadi lebih terjangkau. Oleh

karena itu, saat ini bahan ferromagnetik jenis NdFeB lebih banyak digunakan

untuk berbagai macam aplikasi (Sofian, 2011).

2.4.3.1 Fluks Magnet

Setiap magnet memiliki kutub yang saling berlawanan, yaitu kutub utara (U)

dan kutub selatan (S), yang keduanya memiliki daya untuk menarik sekeping besi

atau semacamnya. Sama halnya dengan muatan listrik, kutub yang senama saling

tolak menolak dan kutub yang berlawanan saling tarik menarik. Daerah diantara

kutub utara dan kutub selatan disebut medan magnet. Medan magnet tersusun dari

garis-garis yang keluar dari kutub utara menuju kutub selatan, yang disebut garis-

garis gaya magnet (ggm). Dengan demikian arah medan magnet juga dari kutub

utara ke kutub selatan. Semakin kuat kemagnetan, semakin banyak jumlah garis-

garis gaya magnetnya. Jumlah garis gaya magnet yang keluar dari kutub utara

suatu magnet disebut fluks magnet (magnetic fluxs), yang dinyatakan dengan

symbol (phi). Satuan internasional untuk fluks magnet adalah weber (Wb). Satu

Weber sama dengan garis gaya magnet. Satuan cgs unuk fluks magnet adalah

Maxwell. Satu Maxwell sama dengan Weber (Nugroho et al., 2014).

Kerapatan Fluks Magnet

Kerapatan fluks magnet (magnetic fluxs density) adalah fluks magnet per

satuan luas pada bidang yang terletak tegak lurus dengan fluks magnet tersebut.

Kerapatan fluks magnet sering disebut juga dengan induksi magnet (magnetic

induction). Kerapatan fluks magnet dapat dinyatakan dengan (Nugroho et al.,

2014).

II-14


(2.8)

Dimana:

B = Kerapatan fluks magnet dalam Weber/ (Wb/ atau Telsa (T)

= Fluks magnet dalam Weber (Wb)

Luas penampang dalam meter persegi )

Dalam satuan cgs, kerapatan fluks magnet dinyatakan dengan Maxwell/

atau gauss. Dengan menggunakan metode konversi didapatkan 1 Maxwell/ =

Wb/

Fluks magnetik berkaitan dengan jumlah garis gaya medan magnet yang

melewati luasan yang diketahui. Dalam hal ini, fluks magnet ( didefinisikan

sebagai perkalian medan magnetik B dengan luasan A yang dibatasi oleh

rangkaiannya. Jika garis-garis medan magnet melewati suatu luasan yang terdiri

atas sebuah kumparan jumlah N lilitan, maka besar fluks magnet yang dihasilkan

yaitu sebesar (Nugroho et al., 2014).

(2.9)

Dimana:

N

B Induksi Magnetik (T)

A Luas Penampang ( )

2.4.3.2 Hallbach Array

Halbach array merupakan susunan khusus dari magnet permanen yang

memusatkan medan magnet pada satu sisi dari barisan sementara meniadakan

medan hampir mendekati nol pada sisi lainnya. Susunan ini dapat meningkatkan

ikatan magnetik dalam sebuah ruang yang terbatas, selain itu juga dapat

II-15


meningkatkan kerapan fluks magnetik, meningkatkan energi keluaran yang

dibutuhkan pada jenis desain untuk mencapai magnetik fluks gradient maksimum

(Ekosaputro et al., 2016).

Efek ini awalnya ditemukan oleh John C. Mallinson pada tahun 1973, dan

struktur "satu sisi fluks" ini awalnya digambarkan olehnya sebagai rasa ingin tahu.

Pada 1980-an, fisikawan Klaus Halbach secara independen menemukan susunan

Halbach untuk memfokuskan sinar partikel, elektron dan laser (Arcega, 2018).

Klaus Halbach menemukan bahwa dengan mengorientasikan magnet

permanen dengan cara tertentu, ia dapat memfokuskan hampir semua medan

magnet ke satu sisi. Dalam melakukannya, Halbach telah menemukan cara untuk

menciptakan medan magnet 'near-monopole', yang berarti bahwa sekitar 97% dari

satu kutub ditingkatkan, sementara medan magnet kutub lainnya berkurang

menjadi sekitar 3 % (Arcega, 2018). Seperti yang ditunjukan pada gambar

dibawah ini (Arcega, 2018).

Gambar 2.9 Perbandingan rasio konfigurasi magnet.

(Sumber: Arcega, 2018)

Halbach array terdiri dari dua set magnet, yaitu main magnets dan

transitmagnet. Superposisi dari fluks magnetik disebabkan oleh main magnets B1,

dan transit magnet B2 memberikan situasi dimana medan magnet dari satu sisi

II-16


halbach array merupakan panjumlahan dari medan magnet (B1+B2) sementara

medan magnet pada sisi lainnya dari halbach array merupakan pengurangan

antara medan magnet (B1-B2) (Zhu et al., 2012), seperti yang terlihat pada

gambar dibawah ini.

Gambar 2.10 Prinsip dari Halbach Array. (a) Main magnets,

(b) transit magnets dan (c) Halbach array

(Sumber: Zhu et al., 2012)

Ada dua tipe dari halbach array, yaitu flat (datar) atau linier halbach array

dan halbach cylinders (Zhu et al., 2012). Ditunjukan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.11 (a) Flat Halbach array dan (b) Halbach cylinder

(Sumber: Zhu et al., 2012)

II-17


Gambaran umum dari pola magnetisasi Halbach Array (Winter et al., 2012).

Ditunjukan pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.12 Halbach Array dengan 4 magnet tunggal per panjang gelombang,

M = 4, pola magnetisasi dan karakteristik kerapatan fluksi magnetik.

(Sumber:Winter et al., 2012)

Nilai puncak kerapatan fluks magnetik pada permukaan aktif ditentukan dengan

persamaan dibawah ini (chen et al., 2017).

[ (

)

] (2.10)

Dimana:

Distribusi medan magnet halbach array pada celah udara ditentukan dengan

persamaan dibawah ini (chen et al., 2017).

(2.11)

II-18


Dimana:

Celah Udara

Ketebalan Kumparan (slot)

2.5 FEMM 4.2

Finite Element Method Magnetics (FEMM) 4.2 adalah paket program untuk

memecahkan masalah elektromagnetik frekuensi rendah pada dua dimensi planar

dan axisymmetric domain. Program saat ini ditujukan untuk masalah linier/

nonlinier magnetostatik, linier/nonlinier waktu harmonic magnetik, masalah linier

elektrostatik dan masalah steady-state aliran panas. FEMM merupakan paket

open-source finite element yang ditulis oleh David Meeker (Ekosaputro et al.,

2016).

2.6 Aplikasi Generator Linier

Generator linier atau disebut juga alternator linier, memiliki daftar aplikasi

modern yang berkembang. Generator linier sangat cocok untuk kasus-kasus yang

melibatkan gerakan bolak-balik. Beberapa aplikasi yang paling menonjol atau

menjanjikan adalah dalam mesin Stirling free piston, mesin pembakaran internal

tanpa engkol dan pemanenan energi, termasuk konverter energi gelombang dan

attenuator pemanen getaran (Simone & J, 2014).

1. Free Piston Stirling Engine

Free-piston Stirling engine menjadi penggunaan teknologi yang muncul dari

generator linier. Mesin stirling hanya membutuhkan perbedaan suhu untuk

beroperasi, yang memungkinkan berguna dalam sejumlah besar situasi. Free-

II-19


piston Stirling engine dapat beroperasi dengan sumber bahan bakar tradisional

misalnya: pembakaran bahan bakar fosil atau sumber panas yang lebih luar biasa

seperti peluruhan radioisotop atau sinar matahari pekat dan juga berguna untuk

memanfaatkan limbah panas dari berbagai proses.

Dua kegunaan menonjol di mesin Stirling piston, yang pertama adalah

aplikasi luar angkasa, generator radioisotop Stirling (SRG), ditunjukkan pada

Gambar 16. SRG adalah pengaplikasian yang baru dan lebih efisien dari generator

termoelektrik radioisotop (RTG) yang NASA telah gunakan selama bertahun-

tahun.

Gambar 2.13 Mesin Stirling Piston Bebas dan bagian generator linier dari SRG

(Sumber: Simone & J, 2014)

Aplikasi kedua dari mesin Stirling piston bebas adalah penggunaannya

dalam konsentrator surya. Ketika digunakan dengan konsentrator surya, kekuatan

matahari dipantulkan oleh parabola dan difokuskan pada mesin Stirling piston

bebas, yang mengoperasikan generator linier untuk menghasilkan listrik dari

energi surya tanpa memerlukan sel fotovoltaik yang mahal, gambaran dari

pengaturan ini dapat dilihat pada Gambar 2.14.

II-20


Gambar 2.14 Penggambaran konsentrator surya yang menggunakan parabola

reflektif dan mesin Stirling


2. Mesin Pembakaran Internal Crankless

Dalam aplikasi pintar generator linear ini, mesin pembakaran internal

standar dirancang ulang untuk mengganti piston dengan generator linier. Mesin

yang dihasilkan menghilangkan kebutuhan untuk gear box, poros penggerak, dan

generator tambahan. Manfaatnya tiga kali lipat. Manfaat pertama adalah

pengurangan ukuran dan berat yang menambah efisiensi dan daya tanggap

kendaraan secara keseluruhan. Manfaat kedua adalah pengurangan bagian yang

bergerak yang dapat mengarah pada biaya yang lebih rendah, kesederhanaan yang

lebih besar dan keandalan yang lebih tinggi pada dasar aplikasinya. Manfaat

ketiga adalah peningkatan efisiensi dengan menghilangkan kerugian mekanis

yang tidak perlu yang disebabkan oleh sistem mekanik yang sudah ketinggalan

zaman. Contoh generator linear piston bebas yang dirancang untuk aplikasi

kendaraan hybrid dapat dilihat pada Gambar 4, di mana TDC adalah singkatan

dari Top Dead Center dan BDC untuk Bottom Dead Center, mewakili masing-

masing ekstrem dari langkah piston. Volume pegas bertindak sebagai pegas udara

yang membatasi gerakan piston di salah satu ujung siklus (Simone & J, 2014).

II-21


Gambar 2.15 Contoh generator linear piston bebas kendaraan hybrid


Aplikasi generator linier ini sangat relevan mengingat tren yang

berkembang dari pabrik kendaraan untuk memasukkan teknologi penggerak listrik

ke dalam kendaraan mereka. Kendaraan seperti BMW i3 saat ini menggunakan

range extender tanpa langsung koneksi ke drivetrain, sebagai gantinya mesin

pembakaran internal ini semata-mata generator listrik yang pada gilirannya

memberikan daya hanya untuk mengisi baterai kendaraan dan motor penggerak

listrik (Simone & J, 2014).

3. Pemanen Getaran (Vibration Harvesters)

Pemanen getaran adalah perangkat khusus yang menghasilkan energi listrik

dari energi mekanik yang terbuang dalam bentuk getaran. Paling umum,

perangkat ini menggunakan bahan piezoelektrik untuk mengubah getaran mekanik

menjadi energi listrik, di mana tekanan mekanik yang diterapkan menghasilkan

muatan listrik. Metode pemanenan energi yang sangat rendah ini memiliki

aplikasi sebagian besar pada sensor jarak jauh, di mana daya listrik tidak tersedia

misalnya: Sensor nirkabel pada gerbong kereta. Sementara pemanen piezoelektrik

terutama digunakan dalam situasi dengan getaran frekuensi tinggi, situasi dengan

frekuensi yang relatif rendah getaran cocok untuk generator linier kecil.

II-22


Perusahaan seperti LORD MicroStrain memproduksi kedua jenis teknologi secara

komersial untuk digunakan dalam sistem sensor yang menyertainya.

Sementara pemanenan getaran dapat sangat berguna untuk menyediakan

daya ke sensor jarak jauh, menggunakan generator linier untuk melakukan

tindakan ini, bila sesuai, dapat mewujudkan beberapa keuntungan. Alternator

linier memiliki potensi untuk memberikan daya lebih besar daripada sistem

piezoelektrik yang diberi input mekanis yang cukup besar. Lebih menarik lagi,

generator linier dapat memberikan redaman mekanis yang terkendali dalam suatu

sistem. Banyak aplikasi peredam yang ada dapat mengambil manfaat dari

mengganti peredam yang ada dengan peredam aktif yang dikendalikan komputer,

seperti mengganti peredam kejut dalam kendaraan dengan generator linier

kompak (Simone & J, 2014).

4. Pengonversi Energi Gelombang (WEC)

Konsep generator linier untuk pembangkit tenaga ombak biasanya

menggunakan generator linier tipe tubular/tabung dimana generator tersebut

diletakkan didasar laut ataupun terapung diatas air secara vertikal, posisi translator

terletak didalam kumparan dan disambungkan dengan buoy/pelampung yang

berfungsi untuk penggerak naik dan turun saat ada ombak (Simone & J, 2014).

(Chapman, 2005) (Sitorus & Warman, 2013)

II-23


bab ii landasan teori 2.1 konsep umum generator linierrepositori.unsil.ac.id/989/6/bab 2.pdfii-1 bab...

Documents